第六章凸轮机构设计
机械原理:第6章 凸轮机构

的压力角α ? 3.求出r0 、s 和α之间的关系式?
本题目主要考察对基圆、压力角及位移等 基本概念的理解和压力角的计算方法。 解
(1)图示位置的r0 、s 和α如图。
(2)r0 、s 与α之间的关系式为:
tan
v e
lOP e 1
r02 e2 s s r02 e2
例3 图示为摆动滚子从动件盘形凸轮机构,凸轮为偏心圆盘, 且以角速度ω逆时针方向回转。
试在图上标出: 1. 凸轮基圆;
2. 升程运动角和回程运动角;
3. 图示位置时从动件的初始位置角
0和角位移 ;
4. 图示位置从动件的压力角α;
5. 从动件的最大角位移max 。
r0min
( d s)2 e2 tan[ ]
直动滚子从动件盘 形凸轮机构
凸轮基圆半径
r0
m in
s
d2s
d 2
式中
([ dx )2 ( dy )2 ]3/ 2
d
dx
d
.
d2 y
d 2
d
dy
d
.
d2x
d 2
条件 min
直动平底从动件盘 形凸轮机构
滚子半径的设计
考虑运动失真: rr 0.8min 考虑强度要求: rr (0.1 ~ 0.5)r0
以凸轮转动中心为圆心,以凸轮理论轮廓曲线上的 最小半径为半径所画的圆。半径用r0表示。 从动件从距凸轮转动中心的最近点向最远点的运动过程。 从动件从距凸轮转动中心的最远点向最近点的运动过程。 从动件的最大运动距离。常用 h 表示行程。
基本名词术语
(5)推程角 从动件从距凸轮转动中心的最近点运动到最远点时, 凸轮所转过的角度。用Φ表示。
第6章 凸轮机构

(3)该机构的最大压力角αmax与最小压力角 αmin;
(4)从动件的推程运动角和回程运动 角;
(5)从动件的最大速度vmax。
解
第二十八页,共36页。
解 (1) rbRO A8 03 050mm
(2) A 1 B 1 (1 1 10 2 5 )2 1 5 1.5 46 0 A 0B 0 (5 0 15 2 )2 1 5 5.7 51
例1 图示偏置直动滚子从动件盘形 凸轮机构中,凸轮以角速度ω 逆时 针方向转动。
试在图上画出: (1)画出理论轮廓曲线、基圆与偏距圆;
(2)标出凸轮图示位置压力角α1和位 移s1以及转过150°时的压力角α2 和位 移 s2 。
解
第十九页,共36页。
思路与技
本题目主要考察对凸轮廓线、基圆、偏距 圆、压力角及位移等基本概念的理解和对反转
0
ω
n
第八页,共36页。
从动件运动规律的选择与设计原则
从动件的最大速度vmax应尽量小
从动件的最大加速度amin应尽量小,且无突变 从动件的最大跃度jmax应尽量小
第九页,共36页。
凸轮机构的反转法原理
-ω
1
B0
ωO
B1 B 1
2
3
()s()
结论
B 3 B 2 B 2 B3
从动件尖顶相对凸轮的运 动轨迹形成了凸轮的轮廓曲 线。
hA 1B 1A 0B 08.8 4m 5 m
(3) max mi n 45
(4) ==180°
(5)当凸轮从从动件最低位置转过90°时, 从动件与凸轮的相对瞬心P至A点的距 离达到最大
A P O2 A3 02
vma x A P 13 024.4 22 m6m
第六章 凸轮机构

升程——从动件从最低位置升到最高位置的过程。
推程角φ1——推动从动件实现推程时的凸轮转角。
远休止角φ2——当凸轮继续回转时,从动件在最高位置停止不动,与此对应的凸轮转角,又称远停角。
回程——从动件从最高位置下降到最低位置的过程。
回程角φ3——回程时所对应的凸轮转角。
学生回答
板书
挂图
板书
挂图
教学环节
教 学 内 容
教学方法
巩固小结:
布置作业:
合考虑作出决定。
1.等速运动规律
从动件上升(或下降)的速度为一常数的运动规律——等速运动规律。
等速运动规律的凸轮,其轮廓工作曲线上各点的半径与凸轮转角成线性关系,因此工作轮廓曲线设计简单,加工时工件与刀具间相对运动容易实现。
等运动规律凸轮的缺点是:当从动件处于推程的开始位置时凸轮开始回转的一瞬间,从动件由静止状态突然以速度υ1上升运动,当从动件上升到最高位置时速度由υ2骤变为零,两者均使加速度达到无穷大而引起刚性冲击,对构件产生很大的破坏力。
2.凸轮机构的类型。
P107 1、2、5、8、9。
板书
挂图
作图
江苏省淮安市技工学校
教案首页
授课日期
班级
课题:
§6-2凸轮机构的工作原理
教学目的:
1.掌握凸轮机构从动件的运动规律;2.了解凸轮轮廓曲线的画法。
教学重点、难点:
掌握凸轮机构从动件的运动规律
授课方法:讲授法。
教学参考及教具(含电教设备):挂图,模型。
凸轮是具有曲线可曲面轮廓肯且作为高副元素的构件,凸轮轮廓按输出运动学特性和动力学特性的要求设计。
含有凸轮的机构称为凸轮机构。凸轮机构分为平面凸轮机构和空间凸轮机构两大类。所有构件间的相对运动均为平面运动的凸轮机构称为平面凸轮机构。各构件间的相对运动包含空间运动的凸轮机构称为空间凸轮机构。
第6章 凸轮机构及其设计习题

第6章 凸轮机构及其设计习题6-1.在直动从动件盘形凸轮机构中,已知推程时凸轮的转角0/2ϕπ=,行程50h mm =。
求当凸轮转速110/rad s ω=时,等速、等加速等减速、余弦加速度和正弦加速度四种常用的基本运动规律的最大速度max v 、最大加速度max a 以及所对应的凸轮转角0ϕ。
6-2. 在图6-1所示的从动件位移线图中,AB 段为摆线运动,BC 段为简谐运动。
若要在两段曲线交界处B 点从动件的速度和加速度分别相等,试根据图中所给数据确定2ϕ角大小。
6-3.设计一偏置直动从动件盘形凸轮机构。
凸轮回转方向及从动件初始位置如图6-2所示。
已知偏距e =20mm ,基圆半径r 0=40mm ,滚子半径r T =10mm 。
从动件运动规律如下:ϕ=150︒,ϕs =30︒,ϕ'=120︒,ϕs '=60︒,从动件在推程以简谐运动规律上升,行程h =20mm ;回程以等加速等减速规律返回原处。
要求推程许用压力角[]30α= ,回程许用压力角[]70α'= ,凸轮实际廓线最小许用曲率半径[]3mm ρ'=。
试绘出从动件位移线图并用解析法设计凸轮轮廓曲线。
6-4.已知一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构的初始位置,如图6-3所示。
试求:(1)当凸轮从图示位置转过150时,滚子与凸轮廓线的接触点1D 及从动件相应的位移。
(2)当滚子中心位于2B 点时,凸轮机构的压力角2α。
图6-2 图6-3 图6-4图6-16-5.如图6-4所示的直动平底从动件盘形凸轮机构,已知凸轮为30r mm =的偏心圆盘,20AO mm =,试求:(1)基圆半径和升程;(2)推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角;(3)凸轮机构的最大压力角和最小压力角;(4)从动件推杆的位移s 、速度v 和加速度a 的方程式;(5)若凸轮以110/rad s ω=匀速回转,当AO 成水平位置时推杆的速度。
机械设计基础 第六章 凸轮机构

6.2.1 凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括:推程、远休程、回 程、近休程四个部分
术语: 基圆 偏距 近休程 近休止角 推程 推程运动角 远休程 远休止角 回程 回程运动角 行程 推杆运动规律
6.2.2 几种常用的推杆运动规律
等速运动规律:
s h / 0 h 1 / 0 a0
凸轮廓线设计步骤: (1)划分位移曲线;
(2)取长度比例尺,绘出凸轮基圆,偏心距圆;
(3)获取基圆上的等分点; (4)绘出反转过程中的导路位置线;
(5)计算推杆的预期位移;
(6)将从动件尖顶点连成光滑曲线,即为凸轮轮廓。
理论轮廓线 实际轮廓线
尖顶从动件
滚子从动件
滚子半径的选择
滚子从动件作用: 1、化滑动摩擦为滚动摩擦; 2、降低凸轮与从动件之间的局 部接触应力。
6.3.2 压力角与凸轮机构尺寸的关系
tan
OC e
PC OP OC BC BC
BC s r02 e 2
P为凸轮和从动件的速度瞬心,故:
v OP
即: OP
v
ds d
于是:
tan
ds e d s r02 e 2
增大基圆半径或设置偏置均可减小压力角,
存在速度突变,加速 度及惯性力理论上将无穷 大,称为刚性冲击。用于 低速轻载场合。
等加速等减速运动规律:
s 2h 2 / 02 4h1 / 02 2 a 4h1 / 02
s h 2h( 0 ) 2 / 02 4h1 ( 0 ) / 02 2 a 4h1 / 02
《凸轮机构设》课件

凸轮机构的分类
凸轮机构可分为直线型凸轮、圆弧型凸轮和椭圆型凸轮,每种凸轮形式适用 于不同的运动转换需求。
直线型凸轮的设计
直线型凸轮的设计需要考虑凸轮的轨迹形状以及与其他零件的配合,以达到 所需的运动转换效果。
圆弧型凸轮的设计
圆弧型凸轮的设计需要考虑凸轮的半径和角度,以及与其他零件的配合,以实现所需的运动转换目标。
椭圆型凸轮的设计
椭圆型凸轮的设计需要考虑凸轮的椭圆形状参数,以及与其他零件的配合,实现旋转到直线或曲线的运动转换。
快速设计凸轮的方法
快速设计凸轮的方法包括使用计算机辅助设计软件、凸轮设计图谱和经验设 计法。
凸轮机构设在机械制造中的应用
机床制造
凸轮机构在机床的进给和工作台移动系统中得到 广泛应用。
凸轮机构设在机械改进中的应 用
凸轮机构设在机械改进中的应用可以提高机械设备的性能、效率和可靠性, 推动工业制造的发展进步。
凸轮机构设的未来发展趋势
凸轮机构设的未来发展趋势包括智能化、小型化、高效化和功能多样化等方向。
《凸轮机构设》PPT课件
本课件将深入探讨凸轮机构设计。包括凸轮机构的工作原理、分类、设计方 法以及在机械制造中的应用。欢迎加入本次精彩的凸轮之旅!
什么是凸轮机构设
凸轮机构设是一种机械传动机构,通过凸轮的运动将直线运动转变为曲线运动,广泛应用于机械制造领域。
凸轮机构的工作原理
凸轮机构依靠凸轮的几何形状,通过与其他零件的配合,将旋转运动转变为 直线运动或曲线运动。
凸轮机构设与高效机械制造的关系
凸轮机构设作为高效机械制造的基础之一,对机械制造的效率、稳定性和精度等方面起到关键作用。
凸轮机构设在节能机械制造中 的应用
凸轮机构设在节能机械制造中的应用可以降低能量消耗,提高机械系统的效 率和环保性能。
《凸轮机构设计新》课件

可实现复杂的运动规律,满足各种不同 的工作需求。
凸轮与从动件之间的接触为点或线,因 此具有较高的传动效率和可靠性。
特点 结构简单,紧凑,设计方便。
凸轮机构的应用领域
01
02
03
04
汽车工业
用于控制气门开启和关闭,以 及汽油机的喷油和点火。
自动化生产线
用于实现各种自动化操作,如 装配、检测、包装等。
廓。
反求设计法适用于对现有设备进 行改造或修复的情况,可以通过 测量实物模型快速准确地设计出
所需的凸轮轮廓。
反求设计法需要使用测量设备和 相关软件进行操作,对测量精度
和数据处理能力要求较高。来自01新型凸轮机构研究
非圆凸轮机构
总结词
非圆凸轮机构是一种新型的凸轮机构,其工作原理与传统的圆形凸轮机构不同 。
01
凸轮机构设计基础
凸轮机构的基本类型
盘形凸轮机构
由凸轮、从动件和机架组 成,凸轮轮廓与从动件之 间形成运动副。
移动凸轮机构
凸轮做直线往复运动,从 动件根据需要设计成各种 运动形式。
圆柱凸轮机构
凸轮做旋转运动,从动件 做复杂的空间曲线运动。
凸轮机构的运动规律
等速运动规律
凸轮以等角速度转动,从动件以 等速度运动,适用于低速轻载场
总结词
汽车发动机配气机构是凸轮机构的重要应用之一,通过凸轮的转动来控制气门的开启和关闭,实现发动机的进气 和排气过程。
详细描述
汽车发动机配气机构中的凸轮设计需要精确控制气门的开启和关闭时间,以确保发动机的正常运转。凸轮的形状 和尺寸对气门的运动轨迹和速度有直接影响,进而影响发动机的性能和效率。
自动化机械手
《凸轮机构设计新》 ppt课件
凸轮机构及其设计详解

第二节 凸轮机构的传力特性 G
传力特性分析目的 确定构件之间相互的作用力,为 解决磨损及强度尺寸设计提供可靠的 数据。
压力角—不计摩擦时,凸轮对
从动件作用力方向线nn与从动件上 力作用点的速度方向之间所夹的锐 角。
FR2 2
d
vl
F2R1
n
tb
B
t
1 F
n
传力特性分析
Fx 0 F sin( 1) (FR1 FR2 )cos2 0
确定凸轮的基圆半径rb。 步骤
● 确定凸轮转动轴心的位置
● 确定从动件的正确偏置方位以及偏距e
● 将[]代入前式
rb
d
s d tan[ ]
e
s
2
e2
● 确定ss(),求出dsd,代入上式求出一系列rb值,选
取其中的最大值作为凸轮的基圆半径
工程上常常借助于诺模图(Nomogram)来确定凸轮的 最小基圆半径。借助于诺模图既可以近似确定凸轮的最大 压力角,也可以根据所选择的基圆半径来校核最大压力 角。
一、工作循环图与凸轮工作转角的确定 凸轮的工作转角应当根据机器中各个执行机构动作之间 的配合关系,由工作循环图(Working cycle diagram)来确 定。
电阻坯件 电阻送料机构凸轮
电阻帽 送帽压帽机构凸轮
送帽压帽机构凸轮
夹紧机构凸轮
工艺过程
电阻自动压帽机传动系统图
电阻体上料
电阻体夹紧
送帽
合。
,t
⑸ 3–4–5次多项式运动规律(Law of polynomial motion)
推程
s
h10
3
15
4
6
5
第6章 凸轮机构 (教案)

第6章 凸轮机构1.教学目标(1)了解凸轮机构的分类及应用;(2)了解推杆常用运动规律的选择原则;(3)掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题;(4)能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2.教学重点和难点(1)推杆常用运动规律特点及选择原则;(2)盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计;(3)凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系。
难点:“反转法原理”与压力角的概念。
3.讲授方法多媒体课件4.讲授时数8学时6.1 凸轮机构的应用及分类6.1.1凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件,通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下,按预定的运动规律作往复移动或摆动。
在各种机器中,为了实现各种复杂的运动要求,广泛地使用着凸轮机构。
下面我们先看两个凸轮使用的实例。
图6.1所示为内燃机的配气凸轮机构,凸轮1作等速回转,其轮廓将迫使推杆2作往复摆动,从而使气门3开启和关闭(关闭时借助于弹簧4的作用来实现的),以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
图6.2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。
刀具的一个进给运动循环包括:1)刀具以较快的速度接近工件;2)刀具等速前进来切削工件;3)完成切削动作后,刀具快速退回;4)刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。
然后重复上述运动循环。
这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。
其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。
由上述例子可以看出,从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的,只要凸轮轮廓设计得当,就可以使从动件实现任意给定的运动规律。
同时,凸轮机构的从动件是在凸轮控制下,按预定的运动规律运动的。
这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。
但是,由于是高副机构接触应力较大,易于磨损,因此,多用于小载荷的控制或调节机构中。
6.1.2 凸轮机构的分类根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同,凸轮机构的分类方法有以下四种:1.按凸轮的形状分类(1)盘形凸轮:如图6.1所示,这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件,当他绕固定轴转动时,可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。
机械原理凸轮机构含其设计

第六讲凸轮机构及其设计(一)凸机构的用和分一、凸机构1.成:凸,推杆,机架。
2.点:只要合适地出凸的廓曲,就可以使推杆获取各种期的运律,而且机构凑。
缺点:凸廓与推杆之点、接触,易磨,所以凸机构多用在力不大的合。
二、凸机构的分1.按凸的形状分:形凸柱凸2.按推杆的形状分尖推杆:构,能与复的凸廓保持接触,任意期运。
易遭磨,只适用于作用力不大和速度低的合子推杆:摩擦力小,承力大,可用于大的力。
不能够与凹槽的凸廓保持接触。
平底推杆:不考摩擦,凸推杆的作用力与从件平底垂直,受力平;易形成油膜,滑好;效率高。
不能够与凹槽的凸廓保持接触。
3.按从件的运形式分(1)往来直运:直推杆,又有心和独爱式两种。
( 2)往来运:推杆,也有心和独爱式两种。
4.依照凸与推杆接触方法不同样分:(1)力封的凸机构:通其他外力(如重力,性力)使推杆始与凸保持接触,( 2)几何形状封的凸机构:利用凸或推杆的特别几何构使凸与推杆始保持接触。
①等凸机构②等径凸机构③共凸(二)推杆的运动规律一、基本名:以凸的回心O 心,以凸的最小半径r0半径所作的称凸的基,r 0称基半径。
推程:当凸以角速度,推杆被推到距凸中心最的地址的程称推程。
推杆上升的最大距离称推杆的行程,相的凸角称推程运角。
回程:推杆由最位置回到初步地址的程称回程,的凸角称回程运角。
休止:推杆于静止不的段。
推杆在最静止不,的凸角称休止角;推杆在近来静止不,的凸角称近休止角二、推杆常用的运律1.性冲:推杆在运开始和止,速度突,加速度在理大将出瞬的无大,致使推杆生特别大的性力,所以使凸碰到极大冲,种冲叫性冲。
2.柔性冲:加速度有突,所以推杆的性力也将有突,不一突有限,所以引起有限冲,叫柔性冲。
3.掌握等速运律和等加速等减速运律的推程的速度、位移、加速度的方程:推杆运律——推杆在推程或回程,其位移s、速度 v 和加速度 a 随t 化的律。
3.1 多式运律:一般表示:s = C0+ C1δ+ C2δ2+⋯ + C nδn( 1)一次多式运律(等速运律)δδν推程:s=hδ/ δ0v = hω/δ0δa =0δ/ωh+∞δ-∞图7-7回程: s=h(1- δ / δˊ )v=- hδ ˊ0ω/图示为其推程运动线图。
《凸轮机构设计》PPT课件

180º
60º 120º δ
(1)作出角位移线图;
A(0 2)作初始位置;
A5
C
6
2
B B180°B
6 5
4C
C
4
5
3
C 3 2
R
(3)按- 方向划分圆R得A0、
A1
A1、A2等点;即得机架 反转的一系列位置;
(4)找从动件反转后的一系
A4 A3
A2
列位置AiBi,再按角位移规律
得 C1、C2、…… 等点,即
机架上的观察结果
凸轮上的观察结果
可整理ppt
19
2). 反转法原理 -
S B0
r0 o 1
s
假想给正在运动着的整个凸 轮机构加上反一转个前与凸轮反角转速后度
B
大度小(机o相-架δ等)、,方这不向样动相,反各的构- 公件转共的动角相δ2速对
运动关系并不改变,但原来以角
速凸度轮转动的凸转轮动将处于不静动止状
1
t
1
13
二.基本运动规律
二)等加速等减速运动规律
a2 a0 常数
v2 a0t
s2
1 2
a0t 2
在运动规律推程的始末点和前 后半程的交接处,加速度变化为 有限值,由此引起的冲击称为柔 性冲击。
适用于中、低速场合。 可整理ppt
s2
t
o
v2
1 2 3 4 5 6
δ1
1
t
0
δt/2
1
amax
2. 从动件的位移为角位 移ψ,而不是直线位移
B2
B1
B0
δt
δ
O
最大摆角
max
机械设计基础课件 第六章 凸轮机构

凸轮机构基本尺寸的确定
一、压力角 从动件,F与V所夹锐角 αmax≤[α] 直动推杆[α] =30° 二、基圆半径r0和α成反比 α ↑ → r0 ↓ α ↓ → r0 ↑ 三、滚子半径rR 外凸凸轮ρ0= ρ-rR 内凹凸轮ρ0= ρ+rR (1)ρ实=0,则出现尖点,磨损严重 (2)ρ实﹤0,则出现运动失真 经验公式rR=(0.1-0.5)r0
与理论轮廓曲线相交的近点,O到近
点距离为半径画圆,为基圆
3.S:连接滚子中心和O,理论轮廓曲
线到基圆的距离
4. α:力与速度的夹角
S
(法向线)与(滚子中心与回转中
心连线)
这点与几何中心连线,
这点与转动中心连线,
δ
这两条线的夹角
OA
5. δ:最低位置到图示位置,沿-ω的 转角
已知凸轮机构,(1)Smax(2)D点处的δ,α,S
导路和偏心圆相切
3. Smax OA反向延长线与理论轮廓曲线 的交点处
凸轮机构小结:
1.推杆的运动规律 等速运动规律(刚性冲击)起点,终点
等加速等减速运动规律(柔性冲击)起点中间点终点
余弦加速度运动规律(柔性冲击)起点,终点
正弦加速度运动规律(最理想)
2.基圆半径r0和α成反比 α ↑ → r0 ↓ α ↓ → r0 ↑ 3.出现尖点,运动失真是所采取的办法: 增大基圆半径 减小滚子半径
对心尖底直动从动件盘状凸轮机构 轮廓设计 (1)分角度(在偏心圆分角度) (2)做导路 (3)取位移 (4)连线
这章大概谁都会有一个大作业, 应该是设计一个 偏心滚子直动从动件盘状凸轮机构
先根据运动规律计算距离( 公式在书上查,但是我的这 版书上,有一个公式打印的 是错的),推程,远休止段, 回程,近休止段的s,(右边 这个图就能画出来了) 先画基圆,基圆半径是已知 从OA开始分角度,大概10° 一份, 根据对应的角度,量取对应 的s值,描点,s是基圆到轮廓 的距离到这,就把1’,2’,3’。。 都确定出来了 最后把所有的点连起来就行了, 完工
凸轮机构设计(图文)

凸轮机构设计(图文)一、凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的机械传动装置,主要由凸轮、从动件和机架组成。
它通过凸轮的轮廓曲线,使从动件实现预期的运动规律。
凸轮机构具有结构简单、运动可靠、传动精度高等优点,广泛应用于各种自动化设备和机械中。
二、凸轮机构设计要点1. 确定从动件的运动规律在设计凸轮机构之前,要明确从动件的运动规律,包括位移、速度和加速度等。
这将为后续的凸轮轮廓设计提供依据。
2. 选择合适的凸轮类型根据从动件的运动规律和实际应用需求,选择合适的凸轮类型,如平面凸轮、圆柱凸轮、摆动凸轮等。
3. 设计凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的核心部分。
设计时,要确保凸轮与从动件之间的运动协调,避免干涉和冲击。
三、凸轮机构设计步骤1. 分析运动需求在设计之初,我们需要深入了解设备的工作原理和从动件的运动需求。
这包括从动件的运动轨迹、速度、加速度以及所需的力和行程。
这些信息将帮助我们确定凸轮的基本尺寸和形状。
2. 初步确定凸轮尺寸基于运动需求分析,我们可以初步确定凸轮的直径、基圆半径和宽度等关键尺寸。
这些尺寸将直接影响凸轮的强度、刚度和运动性能。
3. 设计凸轮轮廓确保从动件的运动平稳,避免突变和冲击。
考虑凸轮与从动件之间的间隙,防止运动干涉。
优化轮廓曲线,减少加工难度和提高耐磨性。
四、凸轮机构材料选择考虑耐磨性:凸轮在连续工作中会与从动件接触,因此应选择耐磨材料,如钢、铸铁或耐磨塑料。
考虑重量和成本:在满足性能要求的前提下,可以选择重量轻、成本较低的材料。
考虑环境因素:如果凸轮机构将工作在特殊环境中,如高温或腐蚀性环境,需要选择相应的耐高温或耐腐蚀材料。
五、凸轮机构的加工与装配精确加工:凸轮的轮廓必须严格按照设计图纸加工,以确保运动的精确性。
间隙调整:在装配时,需要适当调整凸轮与从动件之间的间隙,以确保运动的顺畅。
校验运动:装配完成后,应对凸轮机构进行运动校验,确保从动件的运动符合预期。
六、凸轮机构动态分析与优化在设计过程中,动态分析是不可或缺的一环。
《凸轮机构设计》课件

VS
自动包装机利用凸轮机构来实现包装物的输送、定位和封口等功能,提高包装效率和自动化程度。
详细描述
在自动包装机中,凸轮机构通常被用来控制包装材料的输送、定位和封口等过程。通过设计合理的凸轮机构,可以实现包装过程的自动化和连续化,提高生产效率和包装质量。
总结词
凸轮机构的发展趋势与展望
05
随着工业自动化程度的提高,凸轮机构正朝着高效化方向发展,以提高生产效率和降低能耗。
凸轮机构要有良好的润滑和散热条件,以降低摩擦和磨损。
根据工作要求,确定从动件的位移、速度和加速度曲线。
确定从动件的运动规律
选择合适的凸轮轮廓
确定凸轮机构的尺寸参数
进行强度和刚度校核
根据从动件的运动规律,选择合适的凸轮轮廓,以满足工作要求。
根据工作要求和从动件的运动规律,确定凸轮机构的尺寸参数,如凸轮半径、推杆长度和宽度等。
总结词:基于运动学原理的设计方法,通过调整凸轮机构运动状态来满足设计要求。
总结词:基于反转原理的设计方法,通过将凸轮机构的运动规律进行反转来求解设计参数。详细描述:反转法设计利用凸轮机构的反转原理,将凸轮的运动规律进行反转,从而得到从动件的运动规律。该方法具有简单易行、计算量较小等优点,适用于中等精度要求的凸轮机构设计。总结词:反转法设计适用于中等精度要求的场合,能够快速得到近似的凸轮廓线方程和相关参数。详细描述:反转法设计相对简单易行,计算量较小,能够快速得到近似的凸轮廓线方程和相关参数。该方法适用于中等精度要求的凸轮机构设计,能够满足大多数实际应用的需求。同时,反转法设计还可以结合其他方法进行优化和改进,进一步提高设计精度和效率。
总结词
凸轮机构可根据不同的分类标准进行分类,如按从动件的运动形式可分为转动凸轮机构、摆动凸轮机构和移动凸轮机构等。
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第七章凸轮机构设计(4学时)1.教学目标1)了解凸轮机构的分类及应用;2)了解推杆常用运动规律的选择原则;3)掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题;4)能根据选定的凸轮类型和推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线。
2.教学重点和难点1)推杆常用运动规律特点及选择原则;2)盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计;3)凸轮基圆半径与压力角及自锁的关系;难点:“反转法原理”与压力角的概念。
3.讲授方法:多媒体课件7.1 凸轮机构的应用及分类一.凸轮机构的应用凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装臵组成的一种高副机构。
其中凸轮是一个具有曲线轮廓的构件,通常作连续的等速转动、摆动或移动。
从动件在凸轮轮廓的控制下,按预定的运动规律作往复移动或摆动。
在各种机器中,为了实现各种复杂的运动要求,广泛地使用着凸轮机构。
下面我们先看两个凸轮使用的实例。
图6—1所示为以内燃机的配气凸轮机构,凸轮1作等速回转,其轮廓将迫使推杆2作往复摆动,从而使气门3开启和关闭(关闭时借助于弹簧4的作用来实现的),以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。
如图6—2所示为自动机床中用来控制刀具进给运动的凸轮机构。
刀具的一个进给运动循环包括:1)刀具以较快的速度接近工件;2)道具等速前进来切削工件;3)完成切削动作后,刀具快速退回;4)刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。
然后重复上述运动循环。
这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。
其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。
由上述例子可以看出,从动件的运动规律是由凸轮轮廓曲线决定的,只要凸轮轮廓设计得当,就可以使从动件实现任意给定的运动规律。
同时,我们可以看出:凸轮机构的从动件是在凸轮控制下,按预定的运动规律运动的,这种机构具有结构简单、运动可靠等优点。
但是,由于是高副机构,接触应力较大,易于磨损,因此,多用于小载荷的控制或调节机构中。
二.凸轮机构的分类根据凸轮及从动件的形状和运动形式的不同,凸轮机构的分类方法有以下四种:1.按凸轮的形状分类(1)盘形凸轮:如图 6-1所示,这种凸轮是一个具有变化向径盘形构件,当他绕固定轴转动时,可推动从动件在垂直与凸轮轴的平面内运动。
(2)移动凸轮:如图 6-3所示,当盘状凸轮的径向尺寸为无穷大时,则凸轮相当于作直线移动,称作移动凸轮。
当移动凸轮做直线往复运动时,将推动推杆在同一平面内作上下的往复运动。
有时,也可以将凸轮固定,而使推杆相对于凸轮移动(如仿型车削);(3)圆柱凸轮:如图 6-2所示,这种凸轮是在圆柱端面上作出曲线轮廓或在圆柱面上开出曲线凹槽。
当其转动时,可使从动件在与圆柱凸轮轴线平行的平面内运动。
这种凸轮可以看成是将凸轮卷绕在圆柱上形成的。
由于前两类凸轮运动平面与从动件运动平面平行,故称平面凸轮,后一种我们就称为空间凸轮。
2.按从动件的形状分类根据从动件与凸轮接触处结构形式的不同,从动件可分为三类:(1)尖顶从动件:这种从动件结构简单,但尖顶易于磨损(接触应力很高),故只适用于传力不大的低速凸轮机构中。
(2)滚子推杆从动件:由于滚子与凸轮间为滚动摩擦,所以不易磨损,可以实现较大动力的传递,应用最为广泛。
(3)平底推杆从动件:这种从动件与凸轮间的作用力方向不变,受力平稳。
而且在高速情况下,凸轮与平底间易形成油膜而减小摩擦与磨损。
其缺点是:不能与具有内凹轮廓的凸轮配对使用;而且,也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配对使用。
常见凸轮结构如图 6-4所示: 3.按推杆的运动形式分类(1)直动推杆:作往复直线移动的推杆称为直动推杆。
若直动推杆的尖顶或滚子中心的轨迹通过凸轮的轴心,则称为对心直动推杆,否则称为偏臵直动推杆;推杆尖顶或滚子中心轨迹与凸轮轴心间的距离e ,称作偏距。
(如6-4的a 、b、c 、d 、e )(2)摆动推杆:作往复摆动的推杆成为摆动推杆。
(如6-4的f 、g 、h )4.按凸轮与推杆保持高副接触的方法(锁合)分类我们知道,凸轮机构是通过凸轮的转动而带动推杆(从动件)运动的。
我们要采用一定的方式、手段使从动件和凸轮保持始终接触,从动件才能随凸轮转动完成预定的运动规律。
常用的方法有两类:1)力锁合:在这类凸轮机构中,主要利用重力、弹簧力或其它外力使推杆与凸轮始终保持接触,如前述气门凸轮机构。
2)几何锁合:也叫形锁合,在这类凸轮机构中,是依靠凸轮和从动件推杆的特殊几何形状来保持两者的接触,如图 6-5所示。
将不同类型的凸轮和推杆组合起来,我们可以得到各种不同的凸轮机构。
7.2 凸轮机构的工作原理和从动件的运动规律通过上面的介绍已经知道,凸轮机构是由凸轮旋转或平移带动从动件进行工作的。
所以设计凸轮结构时,首先就是要根据实际工作要求确定从动件的运动规律,然后依据这一运动规律设计出凸轮轮廓曲线。
由于工作要求的多样性和复杂性,要求推杆满足的运动规律也是各种各样的。
在本节中,我们将介绍几种常用的运动规律。
为了研究这些运动规律,我们首先介绍一下凸轮机构的运动情况和有关的名词术语。
一.凸轮机构的工作原理及有关名词术语如图 6-6所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。
其中以凸轮最小向径b r 为半径,以凸轮的轴心O 为圆心所作的圆称作凸轮的基圆。
下面我们就根据机构的运动情况定义一些有关的名词和术语。
图示凸轮的轮廓由AB 、BC、CD及DA 四段曲线所组成,而且BA和CD 两段为原弧,A 点为基圆与凸轮轮廓的切点。
如图中所示,当推杆与凸轮轮廓在A 点接触时,推杆尖端处于最低位臵(或者说:推杆尖端处于与凸轮轴心O 最近的位臵)。
当凸轮以等角速度ω沿顺时针方向转动时,推杆首先与凸轮廓线的AB 段圆弧接触,此时推杆在最低位臵静止不动,凸轮相应的转角01ϕ称作近休止角(也称近休运动角);当凸轮继续转动时,推杆与凸轮廓线的BC 段接触,推杆将由最低位臵A 被推到最高位臵E ,推杆的这一行程为推程,凸轮相应的转角02ϕ称为推程运动角。
凸轮再继续转动,当推杆与凸轮廓线的CD 段接触时,由于CD 段为以凸轮轴心为圆心的圆弧,所以推杆处于最高位臵静止不动,在此过程中凸轮相应的转角03ϕ称作远休止角(或称远休运动角)。
而后,在推杆与凸轮廓线DA 段接触时,它又由最高位臵E 回到最低位臵A ,推杆的这一行程称作回程;凸轮相应的转角04ϕ称作回程运动角。
推杆在推程或回程中移动的距离h 称作推杆的行程(行程=推程=回程)。
由此我们知道,当凸轮沿顺时针转动一周时,推杆的运动经历了四个阶段:静止、上升、静止、下降,其位移曲线如图所示。
这是最常见、最典型的运动形式。
注意:其运动过程的组合是依据工作实际的需要,而不是必须经历四个阶段,可以没有静止阶段,也可以只有一个静止阶段。
从动件(推杆)的运动规律是指推杆在推程或回程中,从动件的位移s 、速度v 和加速度a 随时间t 变化的规律。
又因为凸轮一般作等速运动,其转角ϕ与时间t 成正比,所以从动件的运动规律通常表示成凸轮转角ϕ的函数,即:)(),(),('''ϕϕϕf a f v f s ===在进行运动规律分析时,我们规定:不论推程还是回程,一律由推程的最低位臵作为度量位移s 的基准,而凸轮的转角则分别以各段行程开始时凸轮的向径作为度量的基准。
二.从动件的运动规律分析常见的从动件运动规律有:等速运动、等加速等减速运动、正弦加速度运动、余弦加速度运动等等。
要了解它们的运动规律,就必须建立其运动方程。
下面我们就以等加速等减速运动为例来介绍建立推杆运动规律的一般方法。
在推演过程中,同学们要注意的是方法而不是结论,要以掌握方法为主。
1、等速运动规律 等速运动规律指从动件的运动速度保持不变。
推程运动时,凸轮以等角速度ω转动,当转过推程运动角0ϕ时所用时间ωϕ00=t ,同时从动件等速完成推程h ,则从动件的速度为0t hv =为常数。
在某一时间t 内,凸轮转过ϕ角,则从动件位移)/(ϕωh vt s ==00/)/)(/(ϕϕωϕϕωh h vt s ===,从动件的加速度0==dtdv a ,所以推程运动时,从动件的运动方程为:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===000a h v h s ωϕϕϕ同理,从动件作回程运动时,从动件的运动方程为:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-=-=0)1('0'0a h v h s ϕωϕϕ式中:'0ϕ为凸轮回程运动角。
如图 6-7所示,速度线图为一水平直线。
加速度为零,但在从动件运动的开始位臵和终点位臵的瞬时速度方向会突然改变,其瞬时加速度趋于无穷大(理论上),在该瞬时作用在凸轮上的惯性力也趋于无穷大(理论上),致使机构产生强烈的冲击,这种冲击称为刚性冲击。
所以这种运动规律只适合于低速场合使用。
2、等加速等减速运动规律 从动件在一个行程h (此处的行程指推程或回程)的前半段2h作等加速运动,后半段2h作等减速运动,且加速度与减速度的绝对值相等(根据需要,二者也可以不相等)。
推程运动时,凸轮以等角速度ω转动,从动件的行程为h ,所用的时间为0t ,凸轮转过的角度为0ϕ。
在前2h行程,从动件以等加速度a 运动,速度从0到max v ;在后2h行程,从动件以等减速度(-a )运动,速度从max v 到0。
这两部分所用时间相等,均为2t 。
等加速段,即200ϕϕ≤≤中,推杆的位移方程为:221at s =将等加速度运动时的位移2h,以及时间20t 带入上式,得到:202212⎪⎭⎫⎝⎛=t a h而ωϕ00=t , 所以有: 224ωϕha =在推程运动的等加速度部分的速度:ϕϕωωϕϕω22244h h at v ===图 6-7整理以上各式,得到推程运动时,从动件等加速度部分的运动方程为:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===2220220442ϕωωϕϕϕϕh a h v h s推程运动的等加速部分结束时,2ϕϕ=,所以 02max 224ϕωϕϕωh h v ==同样方法,我们可以得到等减速区间(002ϕϕϕ≤≤)中推杆的运动方程式:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-=--=22022024)(4)(2ϕωϕϕϕωϕϕϕh a h v h h s其推导过程希望同学们下去能够自己完成(注意边界条件)。
包括回程的运动方程推导方法也是一样的。
等加速等减速运动规律的运动线图如图 6-8所示。
作图方法:在s 纵坐标轴外过O 点,作一直线OO 。
当横坐标轴上t =1、2、3时(前半推程),相应的将OO 的下半段分为1、4、9三份(s 是t 的平方)。
在Os 轴上取2h ,作此点与OO 中点连线得9点(OO 一半分为9份,然后反找4点、1点回推即可)由图可见,加速度曲线是水平直线,速度曲线是斜直线,而位移曲线是两段在A 点光滑相连的抛物线,所以这种运动规律又成为抛物线运动规律。